KR20260011368A - 레이저 용접 장치 및 방법 - Google Patents

레이저 용접 장치 및 방법

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KR20260011368A KR1020240093607A KR20240093607A KR20260011368A KR 20260011368 A KR20260011368 A KR 20260011368A KR 1020240093607 A KR1020240093607 A KR 1020240093607A KR 20240093607 A KR20240093607 A KR 20240093607A KR 20260011368 A KR20260011368 A KR 20260011368A
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 레이저 용접 전 접촉저항을 측정하여 용접물간 실제 접촉(밀착)이 잘 되었는지 실시간으로 확인할 수 있도록 한 레이저 용접 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접 장치는, 물리적으로 상호 접촉된 용접물을 접촉 방향으로 가압하는 가압지그와, 상기 가압지그에 의해 가압 결합된 상기 용접물의 맞대기 위치 직하방에 위치하여, 상방향으로 레이저 광원을 조사하는 레이저 조사모듈과, 상기 가압지그에 가압된 용접물 간의 접촉저항을 실시간으로 측정하여, 용접물간의 가압강도를 확인하는 접촉저항 측정부를 포함한다.

Description

레이저 용접 장치 및 방법{Laser welding apparatus and method}
본 발명은 레이저 용접 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차전지의 레이저 용접 시 용접할 용접물간의 밀착 여부를 실시간으로 확인할 수 있도록 한 레이저 용접 장치 및 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있다. 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
그러나, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속된 상태로 탑재되어 있다.
이러한 PTC 등의 안전소자들을 전지셀 등과 전기적으로 연결하기 위해서는 다수의 접속 부재들이 요구되며, 이러한 접속 부재로는 일반적으로 니켈 플레이트가 많이 사용되고 있다. 그러나, 니켈 플레이트는 전지케이스에 사용되는 알루미늄 등에 대해 우수한 용접성을 제공하기 어려우므로, 일반적으로는 전지셀의 상단 일측에 니켈 알루미늄 합금으로 이루어진 클래드(clad)를 용접하는 방식이 사용되고 있다.
이때, 상기 클래드는 전지셀의 상단 일측에 대해, 레이저 용접(스폿(spot) 용접)에 의해 결합된다. 레이저 용접은 미세한 부위에 대해, 용접이 수행되므로, 상대적인 결합력이 약할 수 있다. 이에 따라, 전지셀의 운용간 전기적 연결 상태에 불량을 일으킬 수 있다. 이는 전지셀을 전원으로 포함하는 디바이스의 셧다운(shut down)을 유발하여, 제품에 대한 신뢰도를 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 레이저 용접에서 용접물(모재와 접합재)을 고정하는 고정 지그가 이용된다. 고정 지그는 단순히 용접물을 좌우 고정하고, 용접물간 가압하기 위한 것으로, 레이저 용접시에 정밀도를 높이기 위해서는 용접물을 고정시키는 고정 지그의 역할이 매우 중요하다. 특히, 맞대기 용접시에는 용접물간의 간격이 최소화되어야 용접결함 발생을 방지할 수 있다.
그러나, 고정 지그로 용접물을 단단하게 고정시킨다 할지라도 맞대기 틈새가 완벽하게 균일하지 않기 때문에 맞대기 틈새가 넓은 곳에서는 레이저 빔이 그대로 통과될 수 있어 충분한 열원이 제공되지 않게 되어 용접불량이 발생하게 된다.
따라서 레이저 용접을 함에 있어, 용접물간의 밀착여부, 즉 가압력이 용접결함에 매우 중요한 원인 중 하나이다. 그러나 현재는 용접물간의 가압력을 초기 셋업 시 용접물간 가압력이 일정하게 나오도록 셋업하고 있지만, 레이저 용접하기 전인 초기에만 한번 측정하여 확인하고 있어서, 용접 중에 발생되는 용접물간의 가압력의 변화에 대해서는 확인되지 않는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2021-0108716호 (2021.09.03. 공개일) 한국 공개특허공보 제10-2022-0126248호 (2022.09.16. 공개일)
본 발명은 레이저 용접 전 접촉저항을 측정하여 용접물간 실제 접촉(밀착)이 잘 되었는지 실시간으로 확인할 수 있도록 한 레이저 용접 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 가압부의 접촉저항을 확인하여 용접 포인트에 대한 가압이 적절이 이루어졌는지 검사하여, 가압 포인트별 용접물간 가압력 경향을 파악함으로써 예지보전이 가능하도록 한 레이저 용접 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접 장치는, 물리적으로 상호 접촉된 용접물을 접촉 방향으로 가압하는 가압지그와, 상기 가압지그에 의해 가압 결합된 상기 용접물의 맞대기 위치 직하방에 위치하여, 상방향으로 레이저 광원을 조사하는 레이저 조사모듈과, 상기 가압지그에 가압된 용접물의 접촉저항을 실시간으로 측정하여, 용접물간의 가압강도를 확인하는 접촉저항 측정부를 포함한다.
바람직하게 상기 레이저 용접 장치는, 상기 접촉저항을 이용하여, 상기 용접물에 가해지는 가압지그의 가압강도를 실시간으로 제어하는 가압강도 제어부를 더 포함한다.
상기 가압강도 제어부는, 상기 접촉저항이 미리 설정된 임계값 이하이면, 상기 가압지그를 제어하여 가압강도를 상승시킨다.
바람직하게 상기 레이저 용접 장치는, 상기 접촉저항을 이용하여, 상기 레이저 조사모듈의 레이저 광원의 조사 여부를 실시간으로 제어하는 레이저 조사 제어부를 더 포함한다.
상기 레이저 조사 제어부는, 상기 접촉저항이 미리 설정된 임계값 이하이면, 상기 레이저 조사모듈을 제어하여 레이저 광원의 조사를 중지한다.
상기 임계값은, 레이저 용접을 위한 초기 셋업 시 설정되는 용접물간 가압력을 기준으로 상기 용접물의 접촉저항을 미리 측정하고, 상기 측정된 접촉저항을 기준으로 설정한다.
상기 용접물은, 모재와 접합재로서, 전지셀과 클래드(clad)인 것을 특징으로 한다. 상기 클래드(clad)는 니켈과 알루미늄의 합금일 수 있다.
바람직하게 상기 가압지그는, 상하 방향으로 이동 가능하게 고정 받침대에 설치되고, 상기 용접물 중 어느 하나의 일단을 가압하여 맞대기 용접선에 얼라인되게 고정 받침대에 고정시키는 제1 고정부와, 상기 맞대기 용접선을 중심으로 상기 제1 고정부와 마주보는 위치로, 상하 방향 및 수평 이동 가능하게 설치되고, 상기 용접물 중 다른 하나의 일단을 고정시키는 제2 고정부를 포함한다.
바람직하게 상기 제2 고정부는, 서로 마주보는 위치로 하부면과 상부면으로 구성되고, 상기 하부면은, 상기 용접물과 접촉되는 하부에 형성되어, 상기 용접물을 접촉 방향으로 가압하는 복수개의 가압돌출부와, 상기 가압돌출부의 중심을 관통하는 관통공으로 형성되어, 상부에서 조사되는 레이저 광원이 투과되어 하단에 위치하는 상기 용접물로 조사되도록 하는 레이저 조사 개구부를 포함하고, 상기 상부면은, 상기 하부면을 탄성가압하도록 상기 하부면에 접촉하는 부위에 탄성체로 구성되는 탄성부와, 상기 레이저 조사 개구부와 얼라인 되도록 배치되는 레이저 조사 투입구를 포함한다.
상기 레이저 조사 개구부는, 각각이 상기 용접물 1개와 서로 대응되어 구성된다.
바람직하게 상기 접촉저항 측정부는, 상기 제2 고정부의 가압돌출부 하부에 위치되어 상기 용접물 중 어느 하나와 접촉되는 제1 단자와, 상기 용접물 중 다른 하나에 접촉되는 제2 단자를 포함하고, 상기 제1 단자 및 제2 단자에 전류를 흘려 상기 용접물의 접촉저항을 실시간으로 측정한다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접 방법은, 레이저 용접물을 상호 접촉시키고, 가압지그를 이용하여 접촉 방향으로 용접물을 가압하는 용접물 가압단계와, 접촉저항 측정부에서, 상기 접촉된 용접물 간의 접촉저항을 실시간으로 측정하는 접촉저항 측정단계와, 가압강도 제어부에서, 상기 접촉저항을 이용하여, 상기 용접물에 가해지는 상기 가압지그의 가압강도를 실시간으로 제어하는 가압 제어단계를 포함한다.
바람직하게 상기 가압 제어단계는, 상기 접촉저항과 이리 설정되는 임계값을 서로 비교하는 제1 비교단계와, 상기 제1 비교결과, 상기 접촉저항이 임계값 이하이면, 상기 가압지그를 제어하여 가압강도를 상승시키는 단계와, 상기 제1 비교결과, 상기 접촉저항이 임계값보다 크면, 상기 가압지그를 제어하여 현재 가압강도를 유지하는 단계를 포함한다.
바람직하게 상기 레이저 용접 방법은, 레이저 조사 제어부에서, 상기 접촉저항을 이용하여, 상기 레이저 조사모듈의 레이저 광원의 조사 여부를 실시간으로 제어하는 레이저 용접 제어단계를 더 포함한다.
바람직하게 상기 레이저 용접 제어단계는, 상기 접촉저항과 미리 설정되는 임계값을 서로 비교하는 제2 비교단계와, 상기 제2 비교결과, 상기 접촉저항이 임계값 이하이면, 상기 레이저 조사모듈을 제어하여 레이저 광원의 조사를 중지하는 단계와, 상기 제2 비교결과, 상기 접촉저항이 임계값보다 크면, 상기 레이저 조사모듈을 제어하여 레이저 광원의 조사를 개시하는 단계를 포함한다.
바람직하게 상기 접촉저항 측정단계는, 접촉저항 측정부의 일단에 구성되는 제1 단자를 상기 용접물 중 어느 하나에 접촉시키는 단계와, 접촉저항 측정부의 타단에 구성되는 제2 단자를 상기 용접물 중 다른 하나에 접촉시키는 단계와, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 전류를 흘려 상기 용접물의 접촉저항을 측정하는 단계를 포함한다.
바람직하게 상기 레이저 용접 방법은, 초기 셋업 시 설정되는 용접물간 가압력을 기준으로 상기 용접물의 접촉저항을 미리 측정하고, 이렇게 측정된 접촉저항을 기준으로 임계값을 설정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 레이저 용접 시 용접물 접촉저항의 실시간을 확인을 통해, 용접물간 밀착 여부를 실시간으로 확인할 수 있도록 하여 용접물간의 접촉불량을 방지할 수 있다. 따라서, 레이저 용접시에 정밀도를 높일 수 있어서, 전지셀의 운용간 전기적 연결 상태에 발생되는 불량을 줄일 수 있다. 이는 이차전지의 안정성을 높일 수 있는 효과를 가져올 수 있다.
또한, 용접포인트에 대한 용접물 가압이 적절히 이루어졌는지 검사할 수 있어, 가압 품질에 대한 실시간 검사 및 차후 예지보전이 가능하도록 발전 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 ~ 를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 장치의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 가압지그의 구성을 상세히 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 5는 도 4의 가압지그의 가압강도를 제어하는 과정을 상세히 나타낸 흐름도.
도 6은 도 4의 레이저 광원의 조사여부를 제어하는 과정을 상세히 나타낸 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 가압지그(100)와, 레이저 조사모듈(200)과, 접촉저항 측정부(300)와, 가압강도 제어부(400)와, 레이저 조사 제어부(500)를 포함한다.
가압지그(100)는 레이저 용접에서 물리적으로 상호 접촉된 용접물을 접촉 방향으로 가압하여 고정한다. 가압지그(100)는 용접물을 좌우 고정하고, 용접물간 가압함으로써, 용접물간 간격을 최소화하여 용접결함 발생을 방지할 수 있도록 하여 레이저 용접시에 정밀도를 높일 수 있다. 용접물은 모재(10)와 접합재(20)로서, 본 발명은 실시예로서, 리튬 이차전지의 레이저 용접에 대한 구성으로, 전지셀과 클래드(clad) 플레이트일 수 있다. 클래드(clad)는 니켈과 알루미늄의 합금일 수 있다.
도 3은 도 2의 가압지그의 구성을 상세히 나타낸 도면이다.
도 3을 함께 참조하면, 가압지그(100)는 상하 방향으로 이동 가능하게 고정 받침대(30)에 설치되고, 전지셀(10)의 일단을 가압하여 맞대기 용접선에 얼라인되게 고정 받침대(30)에 고정시키는 제1 고정부(110)와, 맞대기 용접선을 중심으로 제1 고정부(110)와 마주보는 위치로, 상하 방향 및 수평 이동 가능하게 설치되고, 클래드 플레이트(20)의 일측을 가압 고정시키는 제2 고정부(120, 130)를 포함한다. 이때, 고정 받침대(30)는 베이스 테이블(미도시)에 고정되고 맞대기 용접선에 얼라인된다. 그리고 제2 고정부(120)는 베이스 테이블에 고정된 가동 받침대(미도시)에 고정되어, 베이스 테이블에 고정된 가이드 레일을 타고 슬라이드 이동 가능하게 설치될 수 있다.
제2 고정부(120, 130)는 서로 마주보는 위치로 하부면(120)과 상부면(130)으로 구성된다.
제2 고정부(120, 130)의 하부면(120)은 전지셀(10)과 접촉되는 하부에 형성되어 전지셀(10)을 접촉 방향으로 가압하는 복수개의 가압돌출부(121)와, 상기 가압돌출부(121)의 중심을 관통하는 관통공으로 형성되어, 상부에서 조사되는 레이저 광원이 투과되어 하단에 위치하는 전지셀(10)로 조사되도록 하는 레이저 조사 개구부(122)를 포함한다. 각 레이저 조사 개구부(122)는 1개의 전지셀(10)과 대응되어 구성될 수 있다. 제2 고정부(120, 130)의 상부면(130)은 제2 고정부의 하부면(120)을 탄성가압하도록 제2 고정부의 하부면(120)에 접촉하는 부위에 스프링 등의 탄성체로 구성되는 탄성부(131)와, 레이저 광원이 투입되어 레이저 조사 개구부(122)로 통과되도록, 레이저 조사 개구부(122)와 얼라인 되도록 배치되는 레이저 조사 투입구(132)를 포함할 수 있다.
레이저 조사모듈(200)는 가압지그(100)에 의해 가압 결합된 전지셀(10) 및 클래드 플레이트(20)의 맞대기 위치 직상방에 위치하여, 하방향으로 레이저 광원을 조사한다.
레이저 조사모듈(200)은 가압지그(100)의 후방에 위치하여, 레이저 헤드를 서보모터, 슬라이딩 바, 가이드 레일 및 체인 조합에 의해 전후방향(y축 방향)으로 이동시킨다. 따라서, 레이저 헤드는 슬라이딩 바의 선단에 고정되어 가압지그(100)를 향하여 전진 또는 후진하게 된다.
접촉저항 측정부(300)는 상기 가압지그(100)에 접촉된 전지셀(10) 및 클래드 플레이트(20)간의 접촉저항을 실시간으로 측정한다. 접촉저항은 용접물(10)(20)간의 밀착이 잘 되었는지 확인할 수 있다. 이를 위해, 초기 셋업 시 설정되는 용접물간 가압력을 기준으로 용접물(10)(20)간의 접촉저항을 미리 측정하고, 이렇게 측정된 접촉저항을 기준으로 임계값을 설정할 수 있다.
접촉저항 측정부(300)는 제2 고정부(120)의 가압돌출부(121) 하부에 위치되어 클래드 플레이트(20)와 접촉되는 제1 단자와, 전지셀(10)에 접촉되는 제2 단자를 구성한다. 그리고 접촉저항 측정부(300)는 제1 단자가 클래드 플레이트(20)에 접촉하고, 제2 단자가 전지셀(10)에 접촉한 후, 제1 단자 및 제2 단자에 전류를 흘려 전지셀(10)과 클래드 플레이트(20) 양단의 접촉저항을 실시간으로 측정한다.
가압강도 제어부(400)는 접촉저항 측정부(300)에서 측정되는 접촉저항을 이용하여, 용접물에 가해지는 가압지그(100)의 가압강도를 제어한다. 예로서, 가압강도 제어부(400)는 접촉저항이 임계값 이하이면, 가압지그(100)를 제어하여 가압강도를 상승시키고, 접촉저항이 임계값보다 크면 가압지그(100)의 현재 가압강도를 유지하도록 제어한다. 즉, 가압강도 제어부(400)는 접촉저항이 임계값 이하이면, 측정되는 접촉저항이 임계값 이상이 될 때까지 물리적으로 상호 접촉된 전지셀(10) 및 클래드 플레이트(20)의 접촉 방향으로 가압강도를 상승시켜, 용접물(10)(20)간의 가압력이 일정하게 나오도록 제어한다.
이처럼, 가압강도 제어부(400)는 접촉저항 측정부(300)에서 실시간으로 측정되는 접촉저항을 이용하여, 레이저 용접 중에도 측정되는 접촉저항이 임계값 이상을 계속 유지할 수 있도록 가압강도를 실시간으로 제어할 수 있다.
레이저 조사 제어부(500)는 접촉저항 측정부(300)에서 측정되는 접촉저항을 이용하여, 레이저 조사모듈(200)의 레이저 광원의 조사 여부를 제어한다. 예로서, 레이저 조사 제어부(500)는 접촉저항이 임계값 이하이면, 레이저 조사모듈(200)을 제어하여 레이저 광원의 조사를 중지하도록 제어한다. 그리고 측정되는 접촉저항이 임계값 이상이면, 레이저 조사모듈(200)을 제어하여 레이저 광원의 조사를 개시한다. 즉, 레이저 조사 제어부(500)는 접촉저항이 임계값 이하이면, 측정되는 접촉저항이 임계값 이상이 될 때까지 레이저 조사모듈(200)의 동작을 중지하여 광원의 조사를 일시 중지시킨다.
이처럼, 레이저 조사 제어부(500)는 접촉저항 측정부(300)에서 실시간으로 측정되는 접촉저항을 이용하여, 레이저 용접을 실시간으로 중지 및 개시할 수 있도록 하여 용접물(10)(20)간의 접촉불량에 의한 레이저 용접 불량을 방지할 수 있다. 이는 이차전지의 안정성을 높일 수 있는 효과를 가져올 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접 방법은 전술한 레이저 용접 장치를 이용하여 수신된 신호를 처리하는 방법일 수 있으며, 이에 레이저 용접 장치와 관련하여 전술한 내용이 그대로 적용될 수 있으므로 중복되는 내용의 설명은 생략될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 그리고 도 5는 도 4의 가압지그의 가압강도를 제어하는 과정을 상세히 나타낸 흐름도이고, 도 6은 도 4의 레이저 광원의 조사여부를 제어하는 과정을 상세히 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접 방법은, 레이저 용접물(10)(20)을 상호 접촉시키고, 가압지그(100)를 이용하여 접촉방향으로 용접물(10)(20)을 소정의 압력으로 가압한다(S10). 가압지그(100)는 용접물을 좌우 고정하고, 용접물간 가압함으로써, 용접물간 간격을 최소화한다. 용접물은 모재(10)와 접합재(20)로서, 본 발명은 실시예로서, 리튬 이차전지의 레이저 용접에 대한 구성으로, 전지셀과 클래드 플레이트일 수 있다.
접촉저항 측정부(300)에서, 상호 접촉된 용접물의 접촉방향에서의 접촉저항을 실시간으로 측정한다(S20). 접촉저항은 용접물(10)(20)간의 밀착이 잘 되었는지 확인할 수 있다. 즉, 초기 셋업 시 설정되는 용접물간 가압력을 기준으로 용접물(10)(20)간의 접촉저항을 미리 측정하고, 이렇게 측정된 접촉저항을 기준으로 임계값을 설정함으로써, 접촉저항과 입계값을 비교하여 용접물(10)(20)간의 밀착이 잘 되었는지 확인할 수 있다.
한편, 접촉저항의 측정은 접촉저항 측정부(300)의 제1 단자를 클래드 플레이트(20)에 접촉시키고, 제2 단자를 전지셀(10)에 접촉시킨 후, 제1 단자 및 제2 단자에 전류를 흘려 전지셀(10)과 클래드 플레이트(20) 양단의 접촉저항을 측정할 수 있다.
그리고 가압강도 제어부(400)에서, 측정되는 접촉저항을 이용하여, 용접물(10)(20)에 가해지는 가압지그(100)의 가압강도를 제어한다(S30).
도 5를 함께 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, 측정된 접촉저항과 미리 설정된 임계값을 서로 비교(제1 비교)한다(S31). 그리고 제1 비교결과(S31), 측정된 접촉저항이 임계값 이하이면, 가압지그(100)를 제어하여 가압강도를 상승시킨다(S32). 또한 제1 비교결과(S31), 측정된 접촉저항이 임계값보다 크면, 가압지그(100)를 제어하여 현재 가압강도를 유지한다(S33). 이때, 가압강도의 제어는 실시간으로 측정되는 접촉저항을 이용하여, 레이저 용접 중에 실시간으로 제어된다.
즉, 실시간으로 측정되는 접촉저항이 임계값 이하이면, 측정되는 접촉저항이 임계값 이상이 될 때까지 물리적으로 상호 접촉된 전지셀(10) 및 클래드 플레이트(20)의 접촉 방향으로 가압강도를 상승시켜, 용접물(10)(20)간의 가압력이 일정하게 나오도록 제어한다.
또한, 레이저 조사 제어부(500)에서, 측정되는 접촉저항을 이용하여, 레이저 조사모듈(200)의 레이저 광원의 조사 여부를 제어한다(S40).
도 6을 함께 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, 측정된 접촉저항과 미리 설정된 임계값을 서로 비교(제2 비교)한다(S41). 그리고 제2 비교결과(S41), 측정되는 접촉저항이 임계값 이하이면, 레이저 조사모듈(200)을 제어하여 레이저 광원의 조사를 중지한다(S42). 또한 제2 비교결과(S41), 측정된 접촉저항이 임계값보다 크면, 레이저 조사모듈(200)을 제어하여 레이저 광원의 조사를 개시한다(S43). 이때, 레이저 광원 조사의 제어는 실시간으로 측정되는 접촉저항을 이용하여, 레이저 용접 중에 실시간으로 제어된다.
즉, 실시간으로 측정되는 접촉저항을 이용하여, 레이저 용접을 실시간으로 중지 및 개시할 수 있도록 하여 용접물(10)(20)간의 접촉불량에 의한 레이저 용접 불량을 방지할 수 있으며, 이는 이차전지의 안정성을 높일 수 있는 효과를 가져올 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 전지셀 20: 클래드 플레이트
30: 고정 받침대 100: 가압지그
110: 제1 고정부 120, 130: 제2 고정부
121: 가압돌출부 122: 레이저 조사 개구부
131: 탄성부 132: 레이저 조사 투입구
200: 레이저 조사모듈 300: 접촉저항 측정부
400: 가압강도 제어부 500: 레이저 조사 제어부

Claims (17)

  1. 물리적으로 상호 접촉된 용접물을 접촉 방향으로 가압하는 가압지그와,
    상기 가압지그에 의해 가압 결합된 상기 용접물의 맞대기 위치 직하방에 위치하여, 상방향으로 레이저 광원을 조사하는 레이저 조사모듈과,
    상기 가압지그에 가압된 용접물 간의 접촉저항을 실시간으로 측정하여, 용접물간의 가압강도를 확인하는 접촉저항 측정부를 포함하는 레이저 용접 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 용접 장치는,
    상기 접촉저항을 이용하여, 상기 용접물에 가해지는 가압지그의 가압강도를 실시간으로 제어하는 가압강도 제어부를 더 포함하는 레이저 용접 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가압강도 제어부는,
    상기 접촉저항이 미리 설정된 임계값 이하이면, 상기 가압지그를 제어하여 가압강도를 상승시키는 레이저 용접 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 용접 장치는,
    상기 접촉저항을 이용하여, 상기 레이저 조사모듈의 레이저 광원의 조사 여부를 실시간으로 제어하는 레이저 조사 제어부를 더 포함하는 레이저 용접 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 레이저 조사 제어부는,
    상기 접촉저항이 미리 설정된 임계값 이하이면, 상기 레이저 조사모듈을 제어하여 레이저 광원의 조사를 중지하는 레이저 용접 장치.
  6. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 임계값은,
    레이저 용접을 위한 초기 셋업 시 설정되는 용접물간 가압력을 기준으로 상기 용접물의 접촉저항을 미리 측정하고, 상기 측정된 접촉저항을 기준 접촉저항으로 설정하는 레이저 용접 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접물은, 모재와 접합재로서, 전지셀과 클래드(clad)이고,
    상기 클래드는 니켈과 알루미늄의 합금인 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압지그는,
    상하 방향으로 이동 가능하게 고정 받침대에 설치되고,
    상기 용접물 중 어느 하나의 일단을 가압하여 맞대기 용접선에 얼라인되게 고정 받침대에 고정시키는 제1 고정부와,
    상기 맞대기 용접선을 중심으로 상기 제1 고정부와 마주보는 위치로, 상하 방향 및 수평 이동 가능하게 설치되고, 상기 용접물 중 다른 하나의 일단을 고정시키는 제2 고정부를 포함하는 레이저 용접 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 고정부는, 서로 마주보는 위치로 하부면과 상부면으로 구성되고,
    상기 하부면은, 상기 용접물과 접촉되는 하부에 형성되어, 상기 용접물을 접촉 방향으로 가압하는 복수개의 가압돌출부와,
    상기 가압돌출부의 중심을 관통하는 관통공으로 형성되어, 상부에서 조사되는 레이저 광원이 투과되어 하단에 위치하는 상기 용접물로 조사되도록 하는 레이저 조사 개구부를 포함하고,
    상기 상부면은, 상기 하부면을 탄성가압하도록 상기 하부면에 접촉하는 부위에 탄성체로 구성되는 탄성부와,
    상기 레이저 조사 개구부와 얼라인 되도록 배치되는 레이저 조사 투입구를 포함하는 레이저 용접 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저 조사 개구부는, 각각이 상기 용접물 1개와 서로 대응되어 구성되는 레이저 용접 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 접촉저항 측정부는,
    상기 제2 고정부의 가압돌출부 하부에 위치되어 상기 용접물 중 어느 하나와 접촉되는 제1 단자와,
    상기 용접물 중 다른 하나에 접촉되는 제2 단자를 포함하고,
    상기 제1 단자 및 제2 단자에 전류를 흘려 상기 용접물의 접촉저항을 실시간으로 측정하는 레이저 용접 장치.
  12. 레이저 용접물을 상호 접촉시키고, 가압지그를 이용하여 접촉 방향으로 용접물을 가압하는 용접물 가압단계와,
    접촉저항 측정부에서, 상기 접촉된 용접물 간의 접촉저항을 실시간으로 측정하는 접촉저항 측정단계와,
    가압강도 제어부에서, 상기 접촉저항을 이용하여, 상기 용접물에 가해지는 상기 가압지그의 가압강도를 실시간으로 제어하는 가압 제어단계를 포함하는 레이저 용접 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가압 제어단계는,
    상기 접촉저항과 이리 설정되는 임계값을 서로 비교하는 제1 비교단계와,
    상기 제1 비교결과, 상기 접촉저항이 임계값 이하이면, 상기 가압지그를 제어하여 가압강도를 상승시키는 단계와,
    상기 제1 비교결과, 상기 접촉저항이 임계값보다 크면, 상기 가압지그를 제어하여 현재 가압강도를 유지하는 단계를 포함하는 레이저 용접 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 레이저 용접 방법은,
    레이저 조사 제어부에서, 상기 접촉저항을 이용하여, 상기 레이저 조사모듈의 레이저 광원의 조사 여부를 실시간으로 제어하는 레이저 용접 제어단계를 더 포함하는 레이저 용접 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 레이저 용접 제어단계는,
    상기 접촉저항과 미리 설정되는 임계값을 서로 비교하는 제2 비교단계와,
    상기 제2 비교결과, 상기 접촉저항이 임계값 이하이면, 상기 레이저 조사모듈을 제어하여 레이저 광원의 조사를 중지하는 단계와,
    상기 제2 비교결과, 상기 접촉저항이 임계값보다 크면, 상기 레이저 조사모듈을 제어하여 레이저 광원의 조사를 개시하는 단계를 포함하는 레이저 용접 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 접촉저항 측정단계는,
    접촉저항 측정부의 일단에 구성되는 제1 단자를 상기 용접물 중 어느 하나에 접촉시키는 단계와,
    접촉저항 측정부의 타단에 구성되는 제2 단자를 상기 용접물 중 다른 하나에 접촉시키는 단계와,
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 전류를 흘려 상기 용접물의 접촉저항을 측정하는 단계를 포함하는 레이저 용접 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 레이저 용접 방법은,
    초기 셋업 시 설정되는 용접물간 가압력을 기준으로 상기 용접물의 접촉저항을 미리 측정하고, 이렇게 측정된 접촉저항을 기준으로 임계값을 설정하는 단계를 더 포함하는 레이저 용접 방법.
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